Цянь Сюэсэнь происходил из семьи Цянь (кит. ?, значение иероглифа — «деньги»).
Согласно летописи империи Сун, фамилия Цянь ведёт своё происхождение от Цзи Чжуань Сюя, одного из Пяти императоров, через легендарного Пэн Цзу, основателя царства Пэн на территории провинции Цзянсу в период династии Шан. Один из сановников Династии Чжоу по имени Фу, являлся потомком Пэн Цзу и служил в царском казначействе Qianfu («Денежное учреждение»). Его потомки приняли фамилию «Цянь», в буквальном смысле «деньги», от названия должности. Цянь Сюэсэнь был сыном министра просвещения в правительстве Гоминьдана
Цянь Сюэсэнь по первому образованию (Шанхайский университет) – инженер-железнодорожник. В 1934 г. поступил в Нанкинский университет, где вскоре завоевал право поехать в США учиться. Окончил МТИ, получив звание магистра, а затем Калтех, получив степень доктора аэронавтики. В 1940-х Цянь был в числе основателей Лаборатории реактивного движения. Является одним из авторов идеи ядерного авиационного двигателя, пилотируемых космических полётов, сверхскоростного пассажирского авиалайнера.
В ходе начавшейся в США в 1950-х «охоты на ведьм» ФБР обвинило Цяня Сюэсэня в «пособничестве коммунистам», ссылаясь на документ Коммунистической партии США 1938 года, содержавший его имя. Цянь был отстранён от секретных работ по ракетной тематике и фактически посажен под домашний арест. Через две недели учёный объявил о своём намерении вернуться в Китай, написал обращение к премьеру Госсовета КНР Чжоу Эньлаю и 17 сентября 1955 года отправился на родину.
Прибыв в Китайскую народную республику, Цянь выступил инициатором разработки собственных баллистических ракет. Он возглавил китайскую космическую программу и стал известен как «отец китайской космонавтики». Подготовил плеяду китайских учёных, обеспечивших значительные успехи Китая в освоении космического пространства. В КНР Цянь играл важную роль в общественной жизни, был заместителем председателя ЦК и почётным председателем ЦК Демократической лиги Китая.
В честь него назван астероид 3763 Цяньсюэсэнь, открытый 14 октября 1980 г. в обсерватории Цзыцзиньшань. Имя «Цянь» носит китайский космический корабль в романе Артура Кларка «2010: Одиссея Два».